半柔性重载路面铺装结构的制作方法

半柔性重载路面铺装结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种半柔性重载路面铺装结构；包括：表面层：4~6cm?SMA-13或SMA-16的高粘度改性沥青混合料，中面层：6~10cmAC-EME14或AC-EME20的高模量沥青混合料，下面层：10~12cm?ATB-25或ATB-30的低标号沥青混合料，半柔性基层：6~12cm的骨架密实型水泥—乳化沥青混凝土；表面层与中面层之间、中面层与下面层之间、下面层与半柔性基层之间设有高粘度改性沥青粘结层，其单位面积撒布量为0.6~0.8kg/m2；半柔性基层与底基层之间设有ES-2型改性乳化沥青稀浆封层，其适宜厚度为6mm~10mm；本结构提高了路面抗车辙和耐疲劳性能，延长了路面的使用寿命。
【专利说明】半柔性重载路面铺装结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及道路工程领域，具体涉及半柔性重载路面铺装结构。
【背景技术】
[0002]随着我国高等级公路建设的飞速发展，半刚性基层以其优良的承载能力和低成本为优势，逐渐成为路面结构设计的主流模式。但经过几十年的建设施工和行车运营检验，证明这种路面结构脆性大，内部排水性能差，抗变形能力差，对环境温度和湿度变化较为敏感，容易产生裂缝并逐渐向上贯穿，产生反射裂缝。同时，由于目前交通量不断增加，重载超载现象严重，加之大多数浙青面层厚度较薄，致使现役路面在不到设计年限就出现非常严重地早期损坏。在日本、欧美等国的高等级路面设计中，应用比较广泛的是柔性路面基层。这种路面基层结构较半刚性基层具有更优良的平整度，能够提供安全、舒适、耐久的行驶性能，可大幅度减少反射裂缝，消除半刚性路面基层结构的早期损坏现象。然而，柔性路面基层的承载能力较低，其劲度模量会因温度升高而迅速降低，因此，其设计厚度较大，生产成本较高。
[0003]为了改善半刚性基层和柔性基层结构的上述缺点，一种半柔性路面结构应运而生。半柔性路面结构正是一种刚柔并济的新型路面结构形式，目前，主要有以下两种结构形式:第一种是灌注式水泥砂浆-浙青混凝土结构:将具有特定级配和含有特殊添加剂的水泥砂浆灌入多孔的开级配浙青混合料的空隙中而形成的一种路面结构；第二种是水泥一乳化浙青混凝土:在冷拌乳化浙青混合料或乳化浙青再生旧浙青混合料母体中掺入水泥或水泥砂浆再经冷拌、冷铺而成的一种路面结构。
[0004]CN 101857401A公开的自流入式半柔性复合路面及其施工方法，涉及开级配大孔隙浙青混合料结构层和填充于大孔隙浙青混合料孔隙中的路面砂浆。CN101700970A公开的一种应用于半柔性路面的橡胶-水泥灌浆材料，包含水泥、粉煤灰、膨胀剂、橡胶粉、砂、减水剂、早强剂和水等组分。CN 102276199A公开的一种应用于半柔性路面的水泥-乳化浙青自渗透灌浆材料，包括水泥、矿物掺合料、膨胀剂、河沙、减水剂、水、乳化浙青等组分。CN101581066A公开的一种保水降温半柔性路面及其施工方法，其路面由多孔的基体浙青混合料构成，多孔的基体浙青混合料的孔隙由水泥基保水胶浆填充。CN 101187193A公开的一种半柔性排水防滑降噪路面铺装结构，由半刚性基层、改性乳化浙青稀浆封层、灌注半柔性路面材料结构层、高粘度改性浙青粘结层和排水防滑降噪磨耗层组成。CN 101693611A公开的半柔性路面灌注水泥浆，由普通硅酸盐水泥、水、减水剂，膨胀剂、引气剂等原料制成。CN101864717A公开的一种半柔性基层材料及制备方法，半柔性基层材料由骨料、水泥、SBS改性乳化浙青等组分组成。US 2004/0101365A1公开的加强的半柔性路面，由孔隙率为20%?40%的多孔浙青混凝土和填充于空隙的包含胶粘剂、添加剂、水、水泥、微硅粉、粉煤灰、沙子或其它细骨料组成的浆状复合材料组成。US 2008/0287570A1公开的重载路面结构的设计与应用方法，重载路面结构包括开级配浙青层和强化加固浙青层的灌浆混合物组成。其灌浆混合物包括水泥、沙子、和水泥粘结剂等。EP 2202359A1公开的半柔性多层摊铺结构，涉及一种由高流动性水泥砂浆灌注开级配大孔隙的浙青混合料多层摊铺结构及其组合设计。
[0005]上述半柔性路面结构的共同点都是通过开级配浙青混合料的骨料形成大孔隙嵌挤结构，并与所灌入的水泥胶浆共同作用形成强度。这种路面结构不但具有较强的刚度，而且还具有优良的柔性，能有效抵抗车辙变形。但这种灌入式半柔性路面结构也存在其不足之处:①难以保障开级配母体浙青混合料的空隙保持连续性，因此，开级配母体浙青混合料的空隙难以被水泥砂浆充分填充；②水泥砂浆对母体浙青混合料的矿料只能间接地进行包裹，不能与浙青胶浆很好地交织并最终形成均匀的空间网络结构，从而导致浙青、水泥胶浆、集料三者间的界面粘连性不好。
[0006]在国内外，水泥-乳化浙青混凝土半柔性材料均有过相关研究，如在《硅酸盐学报》1998年第26卷第4期《水泥一乳化浙青复合路面材料的研究》一文中，提出了将乳化(橡胶)浙青预裹附于粗集料，并分散于水泥砂浆基体当中，形成三相复合材料，得到乳化(橡胶)浙青水泥混凝土路面材料(RACC)。CN101736675A公开的破损路面冷再生上基层成型方法及冷再生材料组合结构将翻修或废弃的浙青混凝土，回收、破碎、筛分，参用新集料、新浙青材料，经重新拌制，形成再生浙青混合料，经摊铺碾压形成新路面结构层，其中，所述再生浙青混合料，由矿料、水泥、乳化浙青胶结料组成。
[0007]水泥一乳化浙青混凝土半柔性材料具有以下优点:乳化浙青中的水分可供水泥硬化凝结，较好地解决了乳化浙青破乳“憎水”和水泥水化“需水”的矛盾；水泥-乳化浙青混凝土施工工艺常采用冷拌、冷铺技术，既能降低能耗，节省能源，还能减少环境污染，降低有毒有害气体的排放。但是由于这种路面基层材料的成分极为复杂，其物料组成及配伍性对水泥一乳化浙青砂浆的破乳速度、凝结快慢以及硬化成型后的性能(抗车辙性能、抗疲劳性能、抗水损坏性能以及对环境温度和湿度变化的适应性)都起着决定性作用。目前公开报道的水泥一乳化浙青混凝土，其水泥和乳化浙青用量普遍偏少，同时或因水泥、乳化浙青、集料的组成，或因各物料间的配伍性影响，致使其性能达不到如下要求:①水泥和乳化浙青在拌和过程中难以充分混合形成均匀的浆状体系，对集料间的空隙不能进行充分填充，进而达不到理想的封水作用；②水泥和乳化浙青没能很好地交织形成空间网络结构，对集料不能形成有效地裹附与粘连，从而造成水泥一乳化浙青混凝土材料整体均匀性差，粘结强度较低、抗压强度偏低、耐久性能不足等。
[0008]高速铁路上普遍使用的水泥乳化浙青砂浆主要分为I型水泥乳化浙青砂浆(日本技术、低强度砂浆)与II型水泥乳化浙青砂浆(德国技术、高强度砂浆)。而这两种砂浆的流动度偏小，用于半柔性路面基层材料容易产生离析，难以均匀成型，同时，由于这两种砂浆中所含乳化浙青和柔性填料较少，材料成型后抗疲劳性能较低。

【发明内容】

[0009]本发明提供一种半柔性重载路面铺装结构。通过对路面铺装结构设计、原材料组成设计进行改进优化，使其获得理想的刚度和柔性，避免路面基层因温缩或干缩而产生反射裂缝，防止早期水损坏，同时提高路面抗车辙和耐疲劳性能，延长路面使用寿命。
[0010]为达到上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0011]本发明的半柔性重载路面铺装结构从表层至内层自上而下依次为:
[0012]表面层:r6cm SMA-13或SMA-16的高粘度改性浙青混合料，[0013]中面层:6~IOcm AC-EME14或AC-EME20的高模量浙青混合料，
[0014]下面层:l(Tl2Cm ATB-25或ATB-30的低标号道路浙青密级配浙青稳定碎石，
[0015]半柔性基层:6~12cm的骨架密实型水泥-乳化浙青混凝土，
[0016]为保障各结构层间有效粘结，在表面层与中面层之间、中面层与下面层之间、下面层与半柔性基层之间撒布高粘度改性浙青作为粘结层，其单位面积撒布量为0.6^0.8kg/m2;同时，在半柔性基层与底基层之间铺设改性乳化浙青稀浆封层作为粘结层，其适宜厚度为 Bmm^ 10mnin
[0017]所述表面层SMA-13或SMA-16型高粘度改性浙青混合料由以下原料拌和后铺装而成，其中各原料的重量比为:集料:矿粉:纤维:高粘度改性浙青=100:7~10:0.2~
0.5:5.5~6.5 ;中面层AC-EME14或AC-EME20型高模量浙青混合料由以下原料拌和后铺装而成，其中各原料的重量比为:集料:矿粉:低标号道路浙青=100:5.0~6.0:5.5~6.5 ;下面层ATB-25或ATB-30型低标号道路浙青混合料由以下原料拌和后铺装而成，其中各原料的重量比为:集料:矿粉:低标号道路浙青=100:5.0~6.0:4.0~5.5 ;ES_2型改性乳化浙青稀浆封层由以下原料拌和后 铺装而成，其中各原料的重量比为:集料:普通硅酸盐水泥:水:改性乳化浙青=100:1~2:5~9:9~15。
[0018]所述集料为玄武岩或石灰岩或辉绿岩的粗集料和细集料，矿粉为石灰岩石粉。其中粗集料、细集料、矿粉的物理性质应满足JTG F40-2004《公路浙青路面施工技术规范》相应的技术要求。其中，不同结构层的矿料级配范围见下表1
[0019]表1矿料通过各筛孔(mm)的质量百分率
[0020]
【权利要求】
1.一种半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述半柔性重载路面铺装结构包括: 表面层:4飞cm SMA-13或SMA-16的高粘度改性浙青混合料， 中面层:6~IOcm AC-EME14或AC-EME20的高模量浙青混合料， 下面层:l(Tl2cm ATB-25或ATB-30的低标号道路浙青密级配浙青稳定碎石， 半柔性基层:6~12cm的骨架密实型水泥一乳化浙青混凝土， 其中表面层与中面层之间、中面层与下面层之间、下面层与半柔性基层之间设有高粘度改性浙青粘结层，其单位面积撒布量为0.6^0.8kg/m2 ;半柔性基层与底基层之间设有ES-2型改性乳化浙青稀浆封层，其适宜厚度为6mnTl0mm。
2.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述表面层SMA-13或SMA-16型高粘度改性浙青混合料由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料:矿粉:纤维:高粘度改性浙青=100:7~10:0.2~0.5:5.5~6.5。
3.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述中面层AC-EME14或AC-EME20型高模量浙青混合料由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料:矿粉:低标号道路浙青=100:5.0~6.0:5.5~6.5。
4.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述下面层ATB-25或ATB-30型低标号道路浙青混合料由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料:矿粉:低标号道路浙青=100:5.0~6.0:4.0~5.5。
5.根据权利要求1所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述ES-2型改性乳化浙青稀浆封层由以下原料与重量比拌和后铺装而成，集料:普通硅酸盐水泥:水:改性乳化浙青=100:1~2:5~9:9~15。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述集料为玄武岩或石灰岩或辉绿岩的粗集料和细集料，所述矿粉为石灰岩石粉，其中粗集料、细集料、矿粉的理化性质应满足JTG F40-2004《公路浙青路面施工技术规范》相应的技术要求；所述不同结构层的集料配合比对应于下列筛孔尺寸37.5,31.5,26.5、19、16、13.2,9.5、`4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15、0.075mm, 对于浙青马蹄脂SMA-13，其重量百分比通过率依次为:100、100、`100、100、100、90~100、50~75、20~34、15~26、14~24、12~20、10~16、9~15、8~12 ； 对于浙青马蹄脂SMA-16，其重量百分比通过率依次为:100、100、`100、100、90~100、65~85、45~65、20~32、15~24、14~22、12~18、10~15、9~14、8~12 ； 对于高模量浙青混合料AC-EME14，其重量百分比通过率依次为:100、100、100、100、`100、90~100、60~85、45~65、28~40、18~30、12~20、8~15、6、5~10、5.5~7.5 ； 对于高模量浙青混合料AC-EME20，其重量百分比通过率依次为:100、100、100、100、90~100、70~85、55~75、45~63、28~38、18~28、12~18、8~16、`6.5~8、5.5~7.5 ； 对于密级配浙青碎石基层ATB-25，其重量百分比通过率依次为:100、`100、100、90~100、70~90、60~82、51~73、40~65、24~48、14~32、10~24、7~18、6~14、4~10、3~7 ； 对于密级配浙青碎石基层ATB-30，其重量百分比通过率依次为:100、90~100、70~`90,53 ~72、44 ~66、39 ~60、31 ~51、20 ~40、14 ~32、10 ~25、8 ~18、4 ~14、3 ~`10、2 ~6 ； 对于改性乳化浙青稀浆封层ES-2:100、100、100、100、100、`100、100、90~100,65~`90,45 ~70、30 ~50、18 ~30、10 ~21、5 ~15。
7.根据权利要求2所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述高粘度改性浙青是由基质浙青、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS 791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858改性剂、碳9石油树脂组成；其中，基质浙青、苯乙烯_ 丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物SBS 791、废橡胶粉、APAO改性剂、Hersbit858改性剂、碳9石油树脂的重量比为100:5~10:4~12:3~6:3~8:3~5，基质浙青是满足JTG F40-2004《公路浙青路面施工技术规范》A级50号或70号或90号道路浙青中的一种。
8.根据权利要求2或7所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述高粘度改性浙青的基本性质满足:25°C针入度≤40/0.1mm ;软化点≤80°C; 15°C延度≤50cm ;25°C弹性恢复> 85% ;60°C动力粘度>20000Pa.s ;135°C动力粘度〈3.0Pa.s ;薄膜加热质量变化率(0.6% ;薄膜加热针入度残留率≤65% ;粘韧性≤15N.m ;韧性≤20N.m ;脆点〈-20。。。
9.根据权利要求3或4所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述低标号道路浙青满足:25°C针入度15~25/0.1mm ;软化点≤60°C;60°C动力粘度≤2000pa.s ； 135°C动力粘度≤2.5pa.s ;蜡含量≤2.0% ；Fraass脆点≤(TC ;RTF0T后残留物质量变化≤0.5% ；RTFOT后残留物针入度比> 70%。
10.根据权利要求5所述的半柔性重载路面铺装结构，其特征在于:所述改性乳化浙青为SBR改性乳化浙青，其主要性质满足:标准粘度C25为30~80s ;蒸发残留物含量≤60% ；蒸发残留物针入度为40~100/0.1mm ;蒸发残留物软化点> 50°C ;蒸发残留物15°C延度 40cm ；1天储存稳定性< I ;5天储存稳定性< 5。
【文档编号】E01C7/32GK103866667SQ201210529673
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月10日 优先权日:2012年12月10日
【发明者】彭煜, 蔺习雄 申请人:中国石油天然气股份有限公司